원자 규모에서 역청탄 열분해 과정 중 메탄(CH₄) 생성 메커니즘을 규명하고, 기존 실험 방법이 반응 전구체 및 미세 경로를 포착하는 데 어려움을 보완하기 위해 본 연구는 열중량 분석-조정 가능한 반도체 레이저 흡수 분광법(TG-TDLAS) 실험과 반응성 분자동역학(ReaxFF MD) 시뮬레이션을 결합한 방법을 사용하였다. 먼저 TG-TDLAS 실험을 통해 CH₄ 생성의 거시적 온도 의존성과 동역학적 거동을 획득하였다. 다음으로 역청탄 시료의 원소 분석, 적외선 분광법 및 ¹³C 핵자기 공명 특성 분석을 기반으로 역청탄 분자 모델(C₃₀₉H₂₀₃N₃O₁₈)을 구축하였고, ReaxFF MD 시뮬레이션을 이용해 다양한 온도에서 CH₃ 라디칼의 결합 파괴, 수소 이동 및 CH₄ 생성의 동적 반응 과정을 분석하였다. 결과는 CH₄ 생성이 주로 450~750 °C 범위에 집중되어 있고, 피크는 약 600 °C임을 보여주었다; 시뮬레이션은 측쇄 CH₃ 라디칼이 약 1100 K에서 결합이 파괴되어 자유 라디칼을 생성하고 인접 수소 원자를 포획하여 CH₄로 전환되며, 2500 K에서 피크에 도달하는 미시적 기전을 밝혀냈다. 두 방법 모두 생성 추세에서 높은 일치를 보였다. 결론적으로 본 방법은 거시적 및 미시적 차원에서 CH₄ 생성이 전구체 결합 파괴와 수소 포획 간의 평형 과정에서 유래함을 체계적으로 설명하며, ReaxFF MD가 복잡한 역청탄 열분해 반응 네트워크 내 중간체 거동을 밝히는 데 독특한 장점을 가짐을 검증하고, 석탄 자연 발화, 분해 경로 및 에너지 변환 효율 향상 이해에 이론적 근거를 제공한다.

ReaxFF MD;열분해;석탄 분자 모델;CH₄